特開 2024-167734 顕微鏡装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167734

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】顕微鏡装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20241127BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20241127BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20241127BHJP

   B23K 15/00 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

H01J37/28 B

H01J37/317 D

B23K26/36

B23K15/00 508

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084003

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】大石 大輔

(72)【発明者】

【氏名】武田 昂

【テーマコード（参考）】

4E066

4E168

5C101

【Ｆターム（参考）】

4E066BA13

4E066BC02

4E168AD18

4E168CB04

4E168CB24

4E168DA37

4E168DA46

4E168DA47

4E168EA04

4E168EA15

4E168FB06

5C101AA03

5C101AA04

5C101AA16

5C101AA32

5C101BB01

5C101BB03

5C101FF17

5C101FF22

5C101GG05

(57)【要約】

【課題】高精度且つ大面積の加工により、観察対象の広域化された領域の観察を可能とする顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】
顕微鏡装置１は、試料Ａを保持するための試料ホルダ２と、試料Ａに集束イオンビームを照射するためのビーム照射部３と、超短パルスのレーザ光Ｌを出力するためのレーザ出力部３０と、レーザ光Ｌを試料Ａに照射するためのレーザ光学系４０と、試料Ａを観察するための第１顕微鏡部４と、を備える。レーザ光学系４０は、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌを変調して出射するための空間光変調器４１と、空間光変調器４１から出射されたレーザ光Ｌを、試料Ａに走査しつつ照射するためのガルバノミラー４３と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が配置される配置部と、
前記配置部に配置された前記試料に集束イオンビームを照射するためのビーム照射部と、
超短パルスのレーザ光を出力するためのレーザ出力部と、
前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を、前記配置部に配置された前記試料に照射するためのレーザ照射部と、
前記配置部に配置された前記試料を観察するための顕微鏡部と、
を備え、
前記レーザ照射部は、
前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を、前記配置部に配置された前記試料に走査しつつ照射するための走査部と、
を含む、
顕微鏡装置。

【請求項2】

前記空間光変調器は、前記レーザ光のビームパターンを変更するように前記レーザ光を変調する、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項3】

前記空間光変調器は、前記レーザ光の照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央を包囲するビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、
請求項２に記載の顕微鏡装置。

【請求項4】

前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央を環状に包囲するビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、
請求項３に記載の顕微鏡装置。

【請求項5】

前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央を包囲するように複数のビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、
請求項３に記載の顕微鏡装置。

【請求項6】

前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央にビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、
請求項３に記載の顕微鏡装置。

【請求項7】

前記空間光変調器は、前記レーザ光の照射領域におけるビームパターンが、一のビームパターンと、前記一のビームパターンと異なる別のビームパターンとで切り替えられるように前記レーザ光を変調する、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項8】

前記ビーム照射部及び前記顕微鏡部を収容する第１チャンバと、
前記レーザ光の入射部が形成された第２チャンバと、を備える、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項9】

前記ビーム照射部及び前記顕微鏡部を収容し、前記レーザ光の入射部が形成されたチャンバを備える、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項10】

前記ビーム照射部と前記配置部との間、及び／又は、前記顕微鏡部と前記配置部との間に設けられ、前記レーザ光を透過するカバーを備える、
請求項９に記載の顕微鏡装置。

【請求項11】

前記顕微鏡部は、走査電子顕微鏡の少なくとも一部である、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項12】

前記空間光変調器には、ｐ偏光の前記レーザ光が入射される、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項13】

前記空間光変調器には、コリメートされた前記レーザ光が入射される、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項14】

前記レーザ照射部は、前記空間光変調器と前記レーザ出力部との間に配置され、前記レーザ光の出力及び／又はビーム径を調整する調整部を含む、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項15】

前記空間光変調器を冷却するための冷却部を備える、
請求項１に記載の顕微鏡装置。

【請求項16】

前記走査部は、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の入射を受け、当該レーザ光を前記配置部に配置された前記試料に走査しつつ照射するように出射する光学要素であり、
前記レーザ照射部は、前記空間光変調器と前記走査部との間に配置され、前記空間光変調器において変調された前記レーザ光の像を転像するためのリレー光学系を含む、
請求項１～１５のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、顕微鏡装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、集束イオンビーム加工装置が記載されている。この装置では、イオンビーム鏡筒、電子ビーム鏡筒、二次電子検出器、反射電子検出器、及び試料ステージが真空チャンバ内に設けられている。この装置では、資料の加工を行う際には、イオンビーム鏡筒内の遮断バルブを開き、イオン源から発したイオンビームを試料表面上に集束させる。また、加工断面の観察を行う場合、電子ビーム鏡筒内の電子銃から発した電子ビームを収束して試料表面上を走査し、試料で発生した反射電子を反射電子検出器で検出して画像化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－１５７７９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年、上述したような加工装置では、観察対象の領域が広域化しており、大面積の加工を行う要求がある。これに対して、集束イオンビーム加工は、高精度な加工が可能である一方で、大面積の加工には適していない。したがって、上述したような加工装置では、観察対象の広域化された領域の観察が困難であった。

【0005】

本開示は、高精度且つ大面積の加工により、観察対象の広域化された領域の観察を可能とする顕微鏡装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る顕微鏡装置は［１］「試料が配置される配置部と、前記配置部に配置された前記試料に集束イオンビームを照射するためのビーム照射部と、超短パルスのレーザ光を出力するためのレーザ出力部と、前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を、前記配置部に配置された前記試料に照射するためのレーザ照射部と、前記配置部に配置された前記試料を観察するための顕微鏡部と、を備え、前記レーザ照射部は、前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を、前記配置部に配置された前記試料に走査しつつ照射するための走査部と、を含む、顕微鏡装置」である。

【0007】

この顕微鏡装置は、試料に集束イオンビームを照射するためのビーム照射部と、試料を観察するための顕微鏡部とを備えている。したがって、集束イオンビームを用いた試料の加工により、試料の高精度な加工及び観察が可能となる。また、この顕微鏡装置は、超短パルスのレーザ光を試料に照射するためのレーザ出力部及びレーザ光学系を備えている。これにより、レーザ光を用いた試料の加工が可能となる。レーザ加工は、集束イオンビームを用いた加工に比べて、高スループットでの大面積の加工が可能である。よって、この顕微鏡装置によれば、高精度且つ大面積の加工により、広域化された領域の観察が可能となる。なお、レーザ加工を用いることにより、試料への熱影響を低減可能であると共に、綺麗な加工断面を取得することも可能となる。

【0008】

さらに、この顕微鏡装置では、レーザ光学系が空間光変調器を有しているため、試料に照射されるレーザ光に対して種々の変調を行うことが可能である。これにより、例えば、試料に照射されるレーザ光のビームパターンを変更して加工断面の平坦化及び加工スピードの高速化等を図ったり、試料に対するレーザ光の集光位置を変更したりすることも可能となる。レーザ光のビームパターンの変更には、例えばＤＯＥ（回折光学素子）を利用することも考えられるが、この場合、ＤＯＥを備えた可動ステージを動かす必要がある等、機械的な動作に関連する振動が発生し、顕微鏡部での微小領域の観察に影響をおよぼすおそれがある。これに対して、この顕微鏡装置では、ビームパターンの変更に際して空間光変調器を用いることにより、当該振動の発生を抑制し、顕微鏡部での微小領域の観察への影響を低減することが可能である。

【0009】

本開示に係る顕微鏡装置は、［２］「前記空間光変調器は、前記レーザ光のビームパターンを変更するように前記レーザ光を変調する、上記［１］に記載の顕微鏡装置」であってもよい。このように、空間光変調器を用いてレーザ光の照射領域におけるビームパターンを変更することが可能である。

【0010】

本開示に係る顕微鏡装置は、［３］「前記空間光変調器は、前記レーザ光の照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央を包囲するビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、上記［２］に記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、加工断面の平坦度の向上を図ることが可能となる。

【0011】

本開示に係る顕微鏡装置は、［４］「前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央を環状に包囲するビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、上記［３］に記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、加工断面の平坦度の向上を確実に図ることが可能となる。

【0012】

本開示に係る顕微鏡装置は、［５］「前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央を包囲するように複数のビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、上記［３］に記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、加工断面の平坦度の向上を確実に図ることが可能となる。

【0013】

本開示に係る顕微鏡装置は、［６］「前記空間光変調器は、前記ビームパターンが前記照射領域の中央にビーム強度のピークを有するように前記レーザ光を変調する、上記［３］～［５］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。このように、照射領域の中央にもビーム強度のピークを有するように、レーザ光のビームパターンを変更してもよい。

【0014】

本開示に係る顕微鏡装置は、［７］「前記空間光変調器は、前記レーザ光の照射領域におけるビームパターンが、一のビームパターンと、前記一のビームパターンと異なる別のビームパターンとで切り替えられるように前記レーザ光を変調する、上記［１］～［６］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、例えば、加工効率の向上が要求される第１の場合及び加工断面の平坦度が要求される第２の場合といったように、互いに異なる要求の２つの場合のそれぞれにおいて、互いに異なるビームパターンとなるようにレーザ光を変調することで、適切な加工が可能となる。

【0015】

本開示に係る顕微鏡装置は、［８］「前記ビーム照射部及び前記顕微鏡部を収容する第１チャンバと、前記レーザ光の入射部が形成された第２チャンバと、を備える、上記［１］～［７］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。このように、ビーム照射部及び顕微鏡部を収容する第１チャンバに対して、レーザ光の入射部が形成された第２チャンバ（すなわちレーザ加工用のチャンバ）を別に用いることにより、レーザ加工時に発生するパーティクルのビーム照射部及び顕微鏡部への影響や、レーザ加工時の振動の顕微鏡部への影響を抑制することが可能となる。

【0016】

本開示に係る顕微鏡装置は、［９］「前記ビーム照射部及び前記顕微鏡部を収容し、前記レーザ光の入射部が形成されたチャンバを備える、上記［１］～［７］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、集束イオンビームでの加工、顕微鏡部による観察、及び、レーザ光での加工を、同一のチャンバ内で行うことが可能となる。このため、各段階における試料の移動が不要となり、高精度な加工及び観察が可能となる。

【0017】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１０］「前記ビーム照射部と前記配置部との間、及び／又は、前記顕微鏡部と前記配置部との間に設けられ、前記レーザ光を透過するカバーを備える、上記［９］に記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、集束イオンビームでの加工、顕微鏡部による観察、及び、レーザ光での加工を、同一のチャンバ内で行うに際して、レーザ加工時に発生するパーティクルのビーム照射部及び／又は顕微鏡部への付着を抑制することが可能となる。

【0018】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１１］「前記顕微鏡部は、走査電子顕微鏡の少なくとも一部である、上記［１］～［１０］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、走査電子顕微鏡による微小領域の観察が可能となる。

【0019】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１２］「前記空間光変調器には、ｐ偏光の前記レーザ光が入射される、上記［１］～［１１］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、空間光変調器により効果的にレーザ光を変調することが可能となる。

【0020】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１３］「前記空間光変調器には、コリメートされた前記レーザ光が入射される、上記［１］～［１２］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、空間光変調器により効果的にレーザ光を変調することが可能となる。

【0021】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１４］「前記レーザ照射部は、前記空間光変調器と前記レーザ出力部との間に配置され、前記レーザ光の出力及び／又はビーム径を調整する調整部を含む、上記［１］～［１３］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、レーザ光の出力及び／又はビーム径を調整することが可能となる。

【0022】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１５］「前記空間光変調器を冷却するための冷却部を備える、上記［１］～［１４］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、空間光変調器における熱影響が抑制される。

【0023】

本開示に係る顕微鏡装置は、［１６］「前記走査部は、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の入射を受け、当該レーザ光を前記配置部に配置された前記試料に走査しつつ照射するように出射する光学要素であり、前記レーザ照射部は、前記空間光変調器と前記走査部との間に配置され、前記空間光変調器において変調された前記レーザ光の像を転像するためのリレー光学系を含む、上記［１］～［１５］のいずれかに記載の顕微鏡装置」であってもよい。この場合、レーザ光の照射領域において、所望のビームパターンを好適に形成することが可能となる。

【発明の効果】

【0024】

本開示によれば、高精度且つ大面積の加工により、観察対象の広域化された領域の観察を可能とする顕微鏡装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本実施形態に係る顕微鏡装置の一部を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に示された顕微鏡装置の残部を示す模式図である。

【図3】図３は、加工断面にＬＩＰＳＳが形成されることを説明するための概略図である。

【図4】図４は、ガウシアンビームでの加工を示す図である。

【図5】図５は、ビームパターンを調整した場合の加工を示す図である。

【図6】図６は、ビームパターンの例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、一実施形態に係る顕微鏡装置について、図面を参照して説明を行う。なお、図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0027】

図１は、本実施形態に係る顕微鏡装置の一部を示す模式図である。図２は、図１に示された顕微鏡装置の残部を示す模式図である。図１及び図２に示される顕微鏡装置１は、後述するように、集束したイオン（例えばＧａイオン）を試料に照射して試料のエッチング加工を行う集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置と、電子線を試料に照射して試料の観察を行う走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置と、レーザ光を試料に照射して試料のレーザ加工（例えばアブレーション加工）を行うレーザ装置と、を含み、ＦＩＢ装置及び／又はレーザ装置による加工によって形成された試料の加工断面をＳＥＭ装置により観察可能な装置とされている。

【0028】

顕微鏡装置１は、試料ホルダ（配置部）２、ビーム照射部３、第１顕微鏡部（顕微鏡部）４、第２顕微鏡部（顕微鏡部）５、カバー７、チャンバ１０、及び、レーザ装置２０を備えている。試料ホルダ２には、試料Ａが配置される。試料ホルダ２は、試料Ａが単に置かれる場合のように試料Ａを固定せずに支持してもよいし、例えば貼り付け等により試料Ａを固定して保持してもよい。ここでは、試料ホルダ２は、試料Ａを保持している。ビーム照射部３は、試料ホルダ２に保持された（配置された（以下同様））試料Ａに集束イオンビームを照射するためのものである。したがって、ビーム照射部３は、少なくとも、ＦＩＢ装置のうちの集束イオンビームの出射部を含み得る。

【0029】

第１顕微鏡部４は、試料ホルダ２に保持された試料Ａを観察するためのものである。より具体的には、第１顕微鏡部４は、試料ホルダ２に保持された試料Ａに電子線を照射すると共に、試料Ａで発生した二次電子等を検出することにより、試料Ａの画像を取得する（試料Ａを観察する）ことが可能に構成されている。したがって、第１顕微鏡部４は、少なくとも、ＳＥＭ装置のうちの電子線の出射部及び検出部を含む一部であり得る。

【0030】

第２顕微鏡部５は、第１顕微鏡部４と同様に、試料ホルダ２に保持された試料Ａを観察するためのものである。より具体的には、第２顕微鏡部５は、試料ホルダ２に保持された試料Ａに電子線を照射すると共に、試料Ａにより散乱された電子線を検出することで、試料Ａの結晶構造等に関する情報を取得する（試料Ａを観察する）ことが可能とされている。すなわち、第２顕微鏡部５の一例としては、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法を利用したＳＥＭ装置の一部であって、少なくとも電子線の出射部及び検出部を含む一部であり得る。なお、顕微鏡装置１は、ＳＥＭ装置に代えて（或いは加えて）透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）装置を備えてもよい。この場合、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５は、ＴＥＭ装置の少なくとも一部であり得る。

【0031】

カバー７は、後述するレーザ光Ｌを透過する材料により構成されており、試料ホルダ２に保持された試料Ａを覆うように設けられている。これにより、カバー７は、試料ホルダ２と、ビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５との間、及びレーザ光Ｌの光路に介在する基準位置に配置され得る。なお、カバー７は、試料ホルダ２と、ビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５との間に介在しないように、基準位置から移動可能に構成されている。

【0032】

チャンバ１０は、試料ホルダ２、ビーム照射部３、第１顕微鏡部４、第２顕微鏡部５、及び、カバー７を収容している。チャンバ１０には、レーザ光Ｌを透過する材料により窓状に構成されたレーザ光Ｌの入射部１１が形成されている。また、チャンバ１０には、チャンバ１０内を排気して減圧する（真空とする）ための排気部１２が形成されている。さらに、チャンバ１０内には、試料ホルダ２に保持された試料Ａに対して加工又は観察を行うための別のユニット６が設けられていてもよい。

【0033】

レーザ装置２０は、レーザ出力部３０とレーザ光学系４０とを有している。レーザ出力部３０は、低フルーエンスで超短パルスのレーザ光Ｌを出力するためのものである。レーザ出力部３０から出力されるレーザ光Ｌのパルス幅は、例えば、１ｐｓ以下である。また、レーザ光Ｌが低フルーエンスであるとは、一例として、レーザ光Ｌのエネルギー密度が、試料Ａのレーザ加工時にアブレーション加工となるように定められた試料Ａの加工閾値近傍のエネルギー密度であるとされてもよい。レーザ光学系４０は、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌを、試料ホルダ２に保持された試料Ａに照射するためのレーザ照射部である。レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌは、レーザ光学系４０により導光され、入射部１１からチャンバ１０内に入射させられる。

【0034】

レーザ光学系４０は、空間光変調器４１とガルバノミラー（走査部）４３とを有している。空間光変調器４１は、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌを、変調パターンに応じて変調して出射する。より具体的には、空間光変調器４１は、例えばＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ － Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であり、液晶層に変調パターンを表示することで、当該液晶層に入出射するレーザ光Ｌを当該変調パターンに応じて変調する。

【0035】

ガルバノミラー４３は、ミラー４３ａ，４３ｂを含み、当該ミラー４３ａ，４３ｂを駆動することによって、空間光変調器４１から出射されたレーザ光Ｌを、試料ホルダ２に保持された試料Ａに走査しつつ照射する。このように、本実施形態では、レーザ光学系４０は、空間光変調器４１から出射されたレーザ光Ｌの入射を受け、当該レーザ光Ｌを試料ホルダ２に保持された試料Ａに走査しつつ照射するように出射する光学要素であるガルバノミラー４３を走査部として含む。なお、レーザ照射部としては、ガルバノミラーに代えて（或いは加えて）、空間光変調器４１から出射されたレーザ光を試料Ａに走査しつつ照射するように試料ホルダ２（すなわち試料Ａ）を機械的に移動させる構成を走査部として含んでもよい。ガルバノミラー４３から出射されたレーザ光Ｌは、レンズ４２により試料Ａに向けて集光される。レンズ４２は、例えばｆθレンズである。

【0036】

レーザ光学系４０は、リレー光学系４４を有している。リレー光学系４４は、空間光変調器４１とガルバノミラー４３との間に配置されている。リレー光学系４４は、一対のレンズ４４ａ，４４ｂを含み、空間光変調器４１において変調されたレーザ光Ｌの像をレンズ４２に転像するためのものである。空間光変調器４１から出射されてリレー光学系４４を経たレーザ光Ｌは、所定のミラー５６，５７により光路が調整されてガルバノミラー４３に供される。

【0037】

レーザ光学系４０は、さらに、レーザ出力部３０から空間光変調器４１に向かうレーザ光Ｌの光路上に順に配置されたコリメート用レンズ５１、出力制御部（調整部）５２、ビーム径制御部（調整部）５３、１／２波長板５４、及び、偏光ビームスプリッタ５５を有している。コリメート用レンズ５１は、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌをコリメートして出射する。したがって、空間光変調器４１には、コリメートされたレーザ光Ｌが入射される。コリメート用レンズ５１は省略され得る。

【0038】

出力制御部５２は、例えばアッテネータであり、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌの出力を調整する。ビーム径制御部５３は、例えばビームエキスパンダであり、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌのビーム径を調整する。このように、出力制御部５２及びビーム径制御部５３は、空間光変調器４１とレーザ出力部３０との間に配置され、レーザ光Ｌの出力及びビーム径を調整する調整部として機能する。

【0039】

１／２波長板５４は、レーザ出力部３０から出力されたレーザ光Ｌの偏光方向を変更する。偏光ビームスプリッタ５５は、レーザ出力部３０から出力されて１／２波長板５４を介して入射するレーザ光Ｌを、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離する。空間光変調器４１には、ｐ偏光成分（ｐ偏光のレーザ光Ｌ）が入射させられる。上述したように、空間光変調器４１に入射したレーザ光Ｌは、変調された後にガルバノミラー４３を経てチャンバ１０内に入射させられ、試料Ａの走査に供される。

【0040】

以上の顕微鏡装置１では、ビーム照射部３からの集束イオンビームを用いた試料Ａの加工と、レーザ装置２０からのレーザ光Ｌを用いた試料Ａの加工とを行うことができる。集束イオンビームを用いた場合、試料Ａの高精度な加工が可能である。一方、レーザ光Ｌを用いた場合、高スループットにて試料Ａの大面積の加工が可能である。

【0041】

ここで、図３に示されるように、試料Ａの加工閾値付近の低フルーエンスで超短パルスのレーザ光Ｌを用いて試料Ａの加工を行うと、試料Ａの加工断面Ｌｓにレーザ誘起表面周期構造（ＬＩＰＳＳ：Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が形成されるおそれがある。ＳＥＭ装置での観察には、加工断面Ｌｓの平坦性が要求されるところ、加工断面ＬｓにＬＩＰＳＳが形成されることは好ましくない。

【0042】

加工断面ＬｓにおけるＬＩＰＳＳを軽減するための手法として、円偏光を利用する方法が考えられるが、円偏光はｐ偏光とｓ偏光との合成であり、試料Ａへのレーザ光Ｌの吸収率（加工レート）は直線偏光（ｐ偏光）と比較して低下してしまう。また、上述したレーザ光学系４０において、ガルバノミラー４３を用いて試料Ａの広範囲にレーザ光Ｌを走査する場合、レンズ４２におけるレーザ光Ｌの入射位置が、レンズ４２の中心から外れてくることが考えられる。したがって、円偏光を利用する場合には、レンズ４２の端部において偏光が楕円化することにより、ＬＩＰＳＳの低減が十分でない等、加工品質が低下するおそれもある。

【0043】

ＬＩＰＳＳが形成される原理の１つの仮説として、プラズマとレーザ光との相互作用によるものが提唱されている。この仮説の概略は以下の通りである。すなわち、超短パルスのレーザ光が試料に照射されると、試料表面から原子・イオンが除去される。原子・イオンが除去されると、レーザ光の照射点の直上にシールド効果を有するプラズマが生成される。これにより、試料表面から除去された原子・イオンが、プラズマのシールド効果により拡散されずに加工断面に堆積する。この結果、堆積物により加工断面にＬＩＰＳＳが形成される。

【0044】

これに対して、本発明者は、試料Ａにおけるレーザ光Ｌの照射領域でのレーザ光Ｌのビームパターンを制御することで、ＬＩＰＳＳを低減することが可能であるとの知見を得た。引き続いて、この点について説明する。

【0045】

図４は、ガウシアンビームでの加工を示す図である。図４の（a）はガウシアンビームのビームプロファイルを示し、図４の（ｂ）、当該ガウシアンビームによる加工後の加工断面のＳＥＭ画像（二次電子）を示し、図４の（ｃ）は、当該ガウシアンビームによる加工後の加工断面のＳＥＭ画像（反射電子像）を示している。図４に示されるように、ガウシアンビームであるレーザ光により加工を行った場合には、加工断面にＬＩＰＳＳが形成されると共に（図４の（ｂ）参照）、ＬＩＰＳＳよりも大きなスケールでも加工断面に凹凸が形成されている（図４の（ｃ）参照）。

【0046】

図５は、ビームパターンを調整した場合の加工を示す図である。図５の（ａ）は、ビームパターン調整後のレーザ光Ｌのビームプロファイルの一例を示し、図５の（ｂ）は、ビームパターン調整後のレーザ光Ｌのビームプロファイルの別の一例を示している。いずれの場合についても、図５及び図６に示されるように、レーザ光Ｌの照射領域の中央Ｃｏを包囲するようにビーム強度のピークＶｂを有する領域Ｄｂ，Ｄｃを含むビームパターンとされている。

【0047】

図５の（ａ）の例は、中心Ｃоを環状に包囲するビーム強度のピークＶｂを有するビームパターンＢ１であり、図５の（ｂ）の例は、中央Ｃｏを（断続的に）包囲するように複数のビーム強度のピークＶｂを有するビームパターンＢ２である。また、ビームパターンＢ１は、中央Ｃｏにビーム強度のピークＶａ（ここではピークＶａ＞ピークＶｂ）を有する領域Ｄａを含む。一方、この例では、ビームパターンＢ２は、中央Ｃｏにビーム強度のピークを有していない（有していてもよい）。

【0048】

このようにレーザ光Ｌのビームパターンの調整を行うことにより、すなわち、レーザ光ＬのビームパターンをビームパターンＢ１，Ｂ２とすることにより、図５の（ｃ）に示されるように加工断面のＬＩＰＳＳが抑制されると共に、図５の（ｄ）に示されるようにＬＩＰＳＳよりも大きなスケールでも加工断面が平坦化されていることが理解される。

【0049】

以上の知見に基づけば、レーザ光Ｌのビームパターンを調整することで、ＬＩＰＳＳの形成を抑制可能と考えられるが、レーザ光Ｌのビームパターンの調整の手法は種々考えられる。レーザ光Ｌのビームパターンの調整の一例としては、例えば、ＤＯＥ（回折光学素子）を利用することも考えられるが、この場合、ＤＯＥを備えた可動ステージを動かす必要がある等、機械的な動作に関連する振動が発生し、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５での微小領域の観察に影響をおよぼすおそれがある。

【0050】

そこで、本実施形態に係る顕微鏡装置１では、空間光変調器４１を用いてレーザ光Ｌのビームパターンの調整を行う。すなわち、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌのビームパターンを変更するようにレーザ光Ｌを変調する。より具体的には、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏを環状に包囲するビーム強度のピークＶｂを有するビームパターンＢ１となるように、レーザ光Ｌ１を変調することができる。

【0051】

或いは、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏを包囲するように複数のビーム強度のピークＶｂを有するビームパターンＢ２となるように、レーザ光Ｌを変調することができる。また、空間光変調器４１は、ビームパターンＢ１が、レーザ光Ｌの照射領域の中央Ｃｏにビーム強度のピークＶａを有するようにレーザ光Ｌを変調することができる。また、空間光変調器４１は、ビームパターンＢ２についても、レーザ光Ｌの照射領域の中央Ｃｏにビーム強度のピークを有するようにレーザ光Ｌを変調してもよい。

【0052】

さらには、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、一のビームパターン（例えばビームパターンＢ１やビームパターンＢ２）と、当該一のビームパターンと異なる別のビームパターン（例えばビームパターンＢ１やビームパターンＢ２と異なるビームパターン）とで切り替えられるように、レーザ光Ｌを変調してもよい。

【0053】

なお、空間光変調器４１は、カバー７や入射部１１といった透過部材をレーザ光Ｌが通過することにより生じる収差を補正するように、レーザ光Ｌを変調してもよい。これにより、レーザ光Ｌの集光位置でのスポット径の広がりを抑制することができる。

【0054】

以上説明したように、顕微鏡装置１は、試料Ａに集束イオンビームを照射するためのビーム照射部３と、試料Ａを観察するための第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５とを備えている。したがって、集束イオンビームを用いた試料Ａの加工により、試料Ａの高精度な加工及び観察が可能となる。また、顕微鏡装置１は、超短パルスのレーザ光Ｌを試料Ａに照射するためのレーザ出力部３０及びレーザ光学系４０を備えている。これにより、レーザ光Ｌを用いた試料Ａの加工が可能となる。レーザ加工は、集束イオンビームを用いた加工に比べて、高スループットでの大面積の加工が可能である。よって、顕微鏡装置１によれば、高精度且つ大面積の加工により、広域化された領域の観察が可能となる。なお、レーザ加工を用いることにより、試料Ａへの熱影響を低減可能であると共に、綺麗な加工断面を取得することも可能となる。

【0055】

さらに、この顕微鏡装置では、レーザ光学系が空間光変調器４１を有しているため、試料Ａに照射されるレーザ光Ｌに対して種々の変調を行うことが可能である。これにより、例えば、試料に照射されるレーザ光Ｌのビームパターンを変更し、上述したようにＬＩＰＳＳ等を抑制して加工断面の平坦化を図ることが可能となる。また、レーザ光Ｌのビームパターンを変更し、加工スピードの高速化等を図ったり、試料に対するレーザ光Ｌの集光位置を変更したりすることも可能となる。

【0056】

上述したように、レーザ光Ｌのビームパターンの変更には、例えばＤＯＥ（回折光学素子）を利用することも考えられるが、この場合、ＤＯＥを備えた可動ステージを動かす必要がある等、機械的な動作に関連する振動が発生し、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５での微小領域の観察に影響をおよぼすおそれがある。これに対して、顕微鏡装置１では、ビームパターンの変更に際して空間光変調器４１を用いることにより、当該振動の発生を抑制し、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５での微小領域の観察への影響を低減することが可能である。

【0057】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌのビームパターンを変更するようにレーザ光Ｌを変調することができる。このように、空間光変調器４１を用いてレーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンを変更することが可能である。

【0058】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏを包囲するビーム強度のピークＶｂを有するようにレーザ光Ｌを変調することができる。こんため、ＬＩＰＳＳ等の抑制により加工断面の平坦度の向上を図ることが可能となる。

【0059】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏを環状に包囲するビーム強度のピークＶｂを有するようにレーザ光Ｌを変調することができる。このため、ＬＩＰＳＳ等の抑制により加工断面の平坦度の向上を図ることが可能となる。

【0060】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏを包囲するように複数のビーム強度のピークＶｂを有するようにレーザ光Ｌを変調することができる。この場合にも、ＬＩＰＳＳ等の抑制により加工断面の平坦度の向上を図ることが可能となる。

【0061】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、当該照射領域の中央Ｃｏにビーム強度のピークＶａを有するようにレーザ光Ｌを変調することができる。このように、照射領域の中央Ｃｏにもビーム強度のピークＶａを有するように、レーザ光Ｌのビームパターンを変更してもよい。

【0062】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１は、レーザ光Ｌの照射領域におけるビームパターンが、一のビームパターンと、一のビームパターンと異なる別のビームパターンとで切り替えられるようにレーザ光Ｌを変調することができる。このため、例えば、加工効率の向上が要求される第１の場合及び加工断面の平坦度が要求される第２の場合といったように、互いに異なる要求の２つの場合のそれぞれにおいて、互いに異なるビームパターンとなるようにレーザ光Ｌを変調することで、適切な加工が可能となる。

【0063】

また、顕微鏡装置１は、ビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５を収容し、レーザ光Ｌの入射部１１が形成されたチャンバ１０を備える。このため、集束イオンビームでの加工、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５による観察、並びに、レーザ光Ｌでの加工を、同一のチャンバ１０内で行うことが可能となる。このため、各段階における試料Ａのチャンバ間の移動が不要となり、高精度な加工及び観察が可能となる。

【0064】

また、顕微鏡装置１は、ビーム照射部３と試料ホルダ２との間、並びに、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５と試料ホルダ２との間に設けられ、レーザ光Ｌを透過するカバー７を備える。このため、集束イオンビームでの加工、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５による観察、並びに、レーザ光Ｌでの加工を、同一のチャンバ内で行うに際して、レーザ加工時に発生するパーティクルのビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５への付着を抑制することが可能となる。

【0065】

また、顕微鏡装置１では、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５は、走査電子顕微鏡の少なくとも一部である。このため、走査電子顕微鏡による微小領域の観察が可能となる。

【0066】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１には、ｐ偏光のレーザ光Ｌが入射される。このため、空間光変調器４１により効果的にレーザ光Ｌを変調することが可能となる。

【0067】

また、顕微鏡装置１では、空間光変調器４１には、コリメートされたレーザ光Ｌが入射される。このため、空間光変調器４１により効果的にレーザ光を変調することが可能となる。

【0068】

また、顕微鏡装置１では、レーザ光学系４０は、空間光変調器４１とレーザ出力部３０との間に配置され、レーザ光Ｌの出力及びビーム径を調整する調整部（出力制御部５２及びビーム径制御部５３）を含む。このため、レーザ光Ｌの出力及びビーム径を調整することが可能となる。

【0069】

さらに、顕微鏡装置１では、レーザ光学系４０は、空間光変調器４１とガルバノミラー４３との間に配置され、空間光変調器４１において変調されたレーザ光Ｌの像を転像するためのリレー光学系４４を含む。このため、レーザ光Ｌの照射領域において、所望のビームパターンを好適に形成することが可能となる。

【0070】

以上の実施形態は、本発明の一側面を説明したものである。したがって、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、任意に変形され得る。引き続いて、顕微鏡装置１の変形例について説明する。

【0071】

例えば、顕微鏡装置１は、ビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５を収容する第１チャンバと、レーザ光Ｌの入射部１１が形成された第２チャンバと、を備えてもよい。この場合、ビーム照射部や第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５を収容する第１チャンバ（すなわち、ＦＩＢ加工及び観察用のチャンバ）に対して、レーザ光Ｌの入射部１１が形成された第２チャンバ（すなわちレーザ加工用のチャンバ）を別に用いることにより、レーザ加工時に発生するパーティクルのビーム照射部３、第１顕微鏡部４、及び第２顕微鏡部５への影響や、レーザ加工時の振動の第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５への影響を抑制することが可能となる。

【0072】

なお、この場合、第１チャンバと第２チャンバとは、互いに独立したチャンバとして構成されたものに限定されず、１つのチャンバに仕切り等を設けることにより構成されてもよい。換言すれば、顕微鏡装置１では、１つのチャンバを仕切ることによって、ＦＩＢ加工及び観察用のチャンバ部分（第１チャンバ）とレーザ加工用のチャンバ部分（第２チャンバ）とを構成してもよい。また、顕微鏡装置１では、レーザ装置２０の少なくとも一部がチャンバ１０（或いは第２チャンバ）内に配置されてもよい。一例として、レーザ出力部３０及びレーザ光学系４０がチャンバ１０（或いは第２チャンバ）内に配置されてもよい。

【0073】

また、顕微鏡装置１は、空間光変調器４１を冷却するための冷却部を備えてもよい。この場合、空間光変調器４１における熱影響が抑制される。

【0074】

また、顕微鏡装置１では、レーザ光学系４０が、空間光変調器４１にコリメートされたレーザ光Ｌを入射させるためにコリメート用レンズ５１を有していた。しかし、レーザ出力部３０からコリメート光が出力される場合には、コリメート用レンズ５１を省略してもよい。

【0075】

また、顕微鏡装置１では、第１顕微鏡部４及び第２顕微鏡部５のうちの一方を省略してもよく、少なくとも１つの顕微鏡部を備えていればよい。さらに、顕微鏡装置１では、出力制御部５２及びビーム径制御部５３の一方又は両方、並びに、リレー光学系４４を省略することも可能である。

【符号の説明】

【0076】

１…顕微鏡装置、２…試料ホルダ、３…ビーム照射部、４…第１顕微鏡部（顕微鏡部）、５…第２顕微鏡部（顕微鏡部）、７…カバー、１０…チャンバ、１１…入射部、３０…レーザ出力部、４０…レーザ光学系、４１…空間光変調器、４３…ガルバノミラー（走査部）、４４…リレー光学系、５２…出力制御部（調整部）、５３…ビーム径制御部（調整部）、Ｌ…レーザ光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】